Синтез управляющего автомата

Существует три способа синтеза УА:

1. Синтез УА на основе автоматов с жесткой логикой.

2. Синтез УА на основе автоматов с микропрограммным принципом управления.

3. На основе распределителя сигналов.

УА с жесткой логикой

Схема является жестко заданной, запаянной, для ее изменения нужно перепаивать. Преимущество - высокое быстродействие.

Порядок синтеза: исходными данными является закодированный граф OA написанный на языке управляющих и осведомительных сигналов, Абстрактный синтез. Синтез УА содержит следующие этапы:

- исходные данные

- закодированный граф,

- абстрактный синтез,

-граф абстрактного автомата,

-структурный синтез

-каноническая схема структурного автомата

Выделенные этапы описаны в лекциях прошлого семестра по теме "синтез конечных автоматов".

Существуют два вида графов абстрактного автомата:

1) граф автомата Мили.

2) граф автомата Мура.

Построение графа опирается на следующие посылки:

1) Считается, что автомат находится в начальном состоянии при выполнении операции "начало" и операции "конец".

2) Абстрактный автомат переходит из одного состояния в другое после выполнения микрооперации, которая инициализируется соответствующим управляющим сигналом.

3) Если граф после выполнения микрооперации сходится к одной вершине, то абстрактный автомат попадает в одно и то же состояние. Рекомендуется следующий порядок построения абстрактного автомата:

1. Необходимо сделать разметку закодированного графа путем простановки на нем номеров состояний абстрактного автомата. Для автомата Мура все вершины закодированного графа обозначаются разными состояниями, для автомата Мили -с учетом третьей посылки.

При разметке, учитывая первую посылку, нужно начальную и конечную вершину отмечать начальным состоянием.

2. После разметки закодированного графа нужно нарисовать граф абстрактного автомата. На стрелках АА проставляются осведомительные и управляющие сигналы. Рассмотрим на примере прошлой темы:

Графы абстрактных автоматов:

1) Мили:

2) Мура:

После построения графа автомата Мили или Мура переходим к структурному синтезу, где и получаем конкретную каноническую схему управляющего автомата(смотри предыдущую лекцию).

Синтез УА с микропрограммным принципом управления

УА с микропрограммным принципом управления называется так, потому что у него для выработки управляющих сигналов используется микропрограмма, которая представляет собой совокупность микрокоманд и она хранится в специальной управляющей памяти. Микропрограмма реализует соответствующую вычислительную операцию. Таким образом, в таком автомате возникает возможность записать другую микропрограмму, расширив систему операций, можно видоизменить микропрограмму, перезаписав ее. Замечательное свойство - подстраиваться под любую систему команд. Недостаток -невысокое быстродействие.

Существует два принципа микропрограммирования: вертикальное и горизонтальное, выбор которых определяется форматом микрокоманд.

Вертикальная микрокоманда Мк реализует одну единственную микрооперацию Моп. Мк -двоичное слово, которое для вертикальных Мк состоит из следующих

частей:

Горизонтальная микрокоманда содержит несколько полей, реализует несколько микроопераций, содержит несколько адресных частей, полей логических условий, дополнительные поля и т.д. В машине ЕС1022 - горизонтальный принцип микропрограммирования - 75 разрядов. В микропроцессорах используются вертикальные микрокоманды - выполняются за малое количество тактов.

В OA реализуются Моп, а в УА - Мк . Микропрограмма Мп - относится к УА -совокупность Мк, реализуется операция оп. В управляющей памяти находится большое количество Мп

Вертикальные микрокоманды:

ЛУ - логическое условие. Самая простая схема микропрограммного автомата та, в которой реализуется следующий принцип разветвления:

Это 2-х лучевое разветвление.

Функциональная схема УА.

РА Мк - регистр адреса Мк с младшим разрядом □.

ПМк - память микрокоманды. Три поля справа: адрес, код микрооперации, x - поле логических условий.

КМк - дешифратор ДС, х - дешифратор ДС логических условий

X₁, Х₂, Х₃, ...Хn - осведомительные сигналы из OA.

На выходе ДС(КМк) множество управляющих сигналов, выделим 1 упр. Сигнал - у останова (реализует операцию остановки). На выходе ДС(х) - множество осведомительных сигналов. Адрес следующей команды занесен в РА Мк. Поступают осведомительные сигналы из OA выходят управляющие сигналы.

ЗА - задающий автомат местного управления. Может иметь различные входы.

За счет младшего разряда РА Мк выбирается та или иная ячейка памяти.

Синтез УА сводится к прошивке микропрограммы. Для этого строится таблица прошивки Мк - набор двоичных цифр.

Надо рассчитать длину каждого из полей (количество разрядов): 1_Моп, 1_ЛУ, 1_АслМк.

Для определения 1_Мопнадо знать количество Моп. 2^1Моп = К_Моп + 1(пропуск

микрооперации) + 1(для кодировки Моп останова).

2^1ЛУ = К_лу + 1(для пропуска),

2_1АслМк = К_АслМк Для определения длины поля адреса следующей микрокоманды рекомендуется построить граф микропрограммного автомата, вершины которого - адреса ячеек памяти, в которых хранится микрокоманда, соединяются стрелками. Граф строится

с учетом выбранного принципа разветвления. Как следствие, вершины графа, где нет логических условий - четные. Построив граф, получаем К_АслМк. L_Мк = 1₁ + 1₂ + 1₃- необходимое пространство для размещения микропрограммы. Обратимся к закодированному графу УА (операция умножения).

1) Рассчитаем длину поля:

К_Моп=9+ 1 + 1 = 11.

1₁ = 4.Рекомендация: в качестве управляющей памяти использовать ПЗУ с прожиганием. После расчета длины полей для логического условия и кода микрооперации составляем таблицы кодирования микроопераций и логических условий.

Таблица: